水力自控翻板闸在山区河流中的设计应用研究论文

　　1 概述
　　水力自控翻板闸为厂家定型设计产品，适用于山区河流中的新建、改建及扩建项目，其在我国山区河流中使用，不但降低了水库对库区上游农作物及人畜的淹没损失，节能环保，且在经济投入及运行成本方面性价比很高，其构件耐用坚固、运行管理方便，并且它的稳定性相对尼龙橡胶坝、重力坝等同规模的闸板，稳定性更佳，优点突出。本文结合六甲水电站水力自控翻板闸，阐述了该闸的设计要点及注意事项，为在山区河流中推广使用水力自控翻板闸提供经验借鉴。
　　2 工程实例
　　六甲水电站系龙江梯级开发的第 3 个梯级电站，上游有下桥水电站和拔贡水电站，下游3.5km 处为肯足水电站，电站坝址距河池市金城区 22km。水库坝址以上集雨面积 5500km2，总库容为 1980 104m3，是一座以发电为主，兼顾灌溉效益的小型水电工程。该电站为坝后式电站，枢纽主要建筑物包括拦河坝、坝后式厂房、引水管道、开关站及右岸灌溉管，大坝的轴线总长度为 133m，其中溢流段为 77.4m，该坝最大坝高为 40.5m，灌溉管道在右岸非溢流重力坝段埋设，设计灌溉面积为 12000 亩。该电站于1965 年兴建，1968 年开始运行，水轮发电机组是从匈牙利进口，电站机组运行至今已有 40 多年，设备已经超过报废期及带病运行效率低下，再加上机组为计划调配，额定水头和实际不匹配，运行状况不是很好，经过研究决定对该电站进行扩容改造，改造主要为两方面：（1）对原有的大坝两岸非溢流坝进行加高加固，在溢流坝段增设水力自控翻板闸；（2）对原有报废的 1 号、2 号机组进行增容改造。
　　3 水力自控翻版闸在山区中的应用研究
　　在我国山区河流中水力自控翻板闸应用研究当中，目前主要研究的方向有以下四个内容：
　　（1）对水力自控翻板闸工艺设计及其配套的工程设计进行研究，以期可从技术上进一步升级改造。
　　（2）对水力自控翻板闸的施工技术进行研究，从中找出不足，以针对性进行改进。
　　（3）对水力自控翻板闸的技术性能、工程造价和同种闸坝工程进行详细对比，找出水力自控翻板闸与其他闸坝工程对比具有的优点及不足，对其中的先进之处进一步加强。
　　（4）对水力翻板闸在具体应用过程中的管理事项，及管理过程中应该注意的要点进行研究，而加强对该方面的研究，可明显提高水力自控翻板闸在山区河流中的应用效能，避免在应用过程中出现问题。
　　4 水力自控翻板闸设计要点
　　4.1 水利自控翻板闸构成
　　目前所使用的水力自动翻板闸的主要构件为闸身、闸基、边墙、进水闸门、防护墩、冲砂闸以及一些配套设施等建筑物所组成，其中闸身是由闸板、支架（包括支墩、支臂、支腿）、钢轨以及滚轮构成，在对闸板和支架进行建设时均需要使用 C30 钢筋混凝土来进行构筑，其中的支臂及所用的滚轮用铸钢铸成，闸板使用螺丝固定在支腿上面，在支腿下部安装钢轨，支墩与支腿之间用支臂连接，闸基上面固定支墩，并且安装滚轮，这样当闸顶部的水位到达需要控制的水位之后，此时因为水压力的原因，闸板支腿上面钢轨和滚轮就会向前滑行，而支臂起到连接作用，并进行翻转开启，当水压力下降时，闸板又会在自身重力作用及水压力的作用下自动关闭。
　　4.2 翻板闸与平板闸、橡胶坝比较
　　为控制库区淹没，要求大坝能顺畅泄洪，本工程适合建设平面钢闸门闸坝、翻板闸坝和橡胶坝等 3 种坝型。由于该河段河流含沙量较大，且漂浮物比较多，橡胶坝坝袋容易划破，影响使用；且坝袋在洪水过流，会造成拍打损伤，年维护维修工作量大；平时运行期管理由人工或设备充放水控制坝袋壅高和放瘪，运行管理不方便，故不考虑橡胶坝型，仅对翻板闸坝和平板闸坝坝型进行方案比较。
　　4.3 布置设计
　　根据原电站运行水头与机组设备不匹配的情况，增容改造采用在原溢流坝顶加设水力自控翻板闸壅水，即在溢流坝段加设 8 孔水力自控翻板闸，闸门高 3m，每孔宽 9.7m，总宽 77.6m，共布设闸墩 16 个，墩厚 0.3m，门叶厚 0.2m，闸墩底部设锚筋与旧坝体连接牢固 ( 为保证过流断面，在抬高坝前 2 年一遇洪水位，先将原溢流坝顶削低 1m，然后安装水力自控翻板闸 )。左、右岸非溢流坝加高加固。
　　4.4 设计可靠合理
　　通过收集大量的相关资料及进行细致的调查，对现有资源条件进行详细的分析整合，提出使用水力自控翻板闸来进行电站的改造，改造过程中，新增加装机 11.5MW，并将原有报废的 1 号、2 号机组进行增容改造，尽最大可能的对旧工程的.潜力进行挖掘，以更充分的发挥出水资源的综合效能。本次增容改造在各个阶段都依据水利水电工程建设相关规定进行，设计符合相关标准，对水轮发电机组在进行增容改造过程中提出的技术方案，可在进行水力自控翻板闸改造中顺利实现，并且施工安装也较为顺利，安装结束之后，单机运行能超出力 10%，机组运行状况稳定。
　　5 水力自控翻版闸具备的优势及应用注意事项
　　5.1 水力自控翻板闸具备的优势
　　水力自控翻板闸采用我国某公司的定型设计产品，遵循经济、美观、安全、实用的原则。翻板闸具备以下优点：
　　（1）原理独特、结构简单、制作较为方便、作用良好及运行管理方便，运行成本低；
　　（2）翻板闸造价相对合理，施工简单，工期短，所需投资仅为普通门的一半左右；
　　（3）自控关闭及启动精准、运行时稳定性佳，管理较为方便，省力、省事、省时；
　　（4）门体采用预制结构，仅有支撑部位采用金属结构、维修时方便，维修费用较低；
　　（5）控制水位，合理利用水资源，节能环保。
　　5.2 水力自动翻板闸的管理
　　对于翻板闸的管理，主要有以下三点：
　　（1）为了确保翻板闸门可在春季凌汛时以免遭受到排冰冲击的损坏，应该按照春季凌汛的实际情况及时打开冲砂闸门，以排泄冰凌，一般条件下在春季凌汛时，应该尽可能减少翻板闸的开启，适当对坝前的防护墩增强强度；
　　（2）而在冬季进行运作时，则应该在翻板闸门前采用人工破冰等防护措施，以防止翻板闸门打开；
　　（3）在主要汛期过后，工作人员必须对及时对闸门中漂浮的杂物进行清除，保证闸门的运行安全。
　　5.3 应用注意事项
　　（1）在山区河流使用水力自动翻板闸，在对闸址的选取过程一定要注意，保证闸前具有一段较为平直的河道，不能选择在弯曲的河道上，与此同时，河道线应该和闸轴线保持正交，以防止翻板闸由于水流的影响而侧偏进而造成失稳，影响闸门安全运行。
　　（2）为了防止水流冲刷河岸，必须要采取一定的措施，保证中间的闸门为倒门，并相对减少中间闸底板的高程。
　　（3）在对水力自动翻板闸门进行安装时，要注意严格控制安装定位准确，锚固稳固可靠，一定要注意控制好闸轴线，如果闸轴线在安装时存在问题，必然会导致闸门在运行时，出现一定的不灵活甚至不能启闭的现象。
　　（4）所有使用的配件均应该使用钢模，闸板的磨具用槽钢来制作，在加工时，必须在工程平台制作。
　　（5）不仅仅要保证闸门的形状、尺寸无误差，还应该确保闸门的刚度及强度符合标。
　　（6）构件连接部分尽可能使用螺栓连接，使得可拆卸自如、灵活方便，并且将变形的误差控制在工程允许范围内。
　　（7）在具体应用时，一定要注意实地勘测，因为如果河流上游树木、杂草很多，如果出现洪水，必然会使得树木杂草夹入闸门和墩墙间以及闸门和闸板间，造成闸门不能顺利的进行回位。因此应该经常组织人员进行一定的防污措施。
　　6 结语
　　（1）山区河流适宜修建水力自控翻板闸坝
　　山区河流漂浮物多，不宜修建橡胶坝，重力式闸坝工程投资大也不宜修建，宜修建水力自控翻板闸坝，并在水力自控翻板闸坝上游侧设置拦污浮筒，有条件的话，设 1   2 扇液压式水力自控翻板闸效果更好。
　　（2）适用于新建、改建及扩建小型水利水电工程
　　六甲水电站为扩建项目，在溢流坝上加设水力自控翻板闸坝，改善电站运行工况。改建项目，可将原已损坏的橡胶坝拆除改建水力自控翻板闸坝。新建项目，采用水力自控翻板闸坝结合液压式水力自控翻板闸坝，效果更好。
　　（3）符合节约资源环保的要求，充分发挥水资源效益
　　在扩建及改建项目在现有工程设施基础上，在不增加水库淹没条件下，通过加设水力自控翻板闸，提高了电站发电运行水头，在尽可能利用原有设施情况下，通过更换和改造已超期服役的机电设备，完成电站增容，在不另增加水资源的条件下，提高了电站出力，更充分的发挥了水资源效益，实现节约资源、环保和更充分利用水资源的目标。
　　（4）为机组增容改造小水电项目提供了成功经验借鉴
　　以机组增容改造为主的小水电挖潜技改提供了成功经验借鉴，带来了明显的经济效益，是一种投资省、见效快的有效方法。